Contexto y mecanismo molecular
Los eventos moleculares de la impronta genómica se desarrollan en el contexto del avance pasivo del ovocito secundario (y posteriormente del cigoto formado) a través de la trompa uterina en dirección a la cavidad uterina.
La base del fenómeno es la metilación selectiva del ADN. Este proceso consiste en la adición química de grupos metilo a genes estrictamente definidos del grupo Impr. La metilación ocurre de manera anticipada, ya en la etapa de desarrollo de las células germinales (durante la gametogénesis y la meiosis).
La principal consecuencia de la metilación es la alteración de la expresión génica:
- Los genes metilados pasan a un estado inactivo (se desactivan por completo).
- Los genes no metilados del mismo grupo, por el contrario, comienzan a funcionar activamente.
Una característica fundamental de la impronta es su notable estabilidad. Tras la fecundación, el estado de metilación asignado se conserva de forma fiable en todas las células somáticas del organismo en desarrollo. En cada división celular y replicación del ADN, la nueva cadena de nucleótidos se metila en estricta conformidad con el patrón de la cadena antigua.
Especialización funcional de los genomas parentales
La impronta genómica asegura una clara separación de las funciones biológicas entre los cromosomas recibidos del padre y de la madre. La presencia de ambos genomas es críticamente importante para un desarrollo normal.
Genes activos en el genoma paterno: Es un grupo que incluye aproximadamente 11 genes. En los cromosomas maternos se encuentran en un estado metilado (inactivo), mientras que en los paternos están activos. Su tarea principal es el control del desarrollo de los órganos extraembrionarios (provisorios) necesarios para asegurar la viabilidad del embrión. Prueba experimental: Si se crea un cigoto que contenga exclusivamente dos pronúcleos femeninos (ausencia total del genoma paterno), el desarrollo comienza; sin embargo, se interrumpe inevitablemente debido al subdesarrollo crítico de las estructuras extraembrionarias.
Genes activos en el genoma materno: Es un grupo compuesto por aproximadamente 5 genes. En los cromosomas masculinos están desactivados, mientras que en los femeninos se expresan. Este grupo de genes determina el desarrollo del cuerpo del propio embrión. Prueba experimental: Al crear artificialmente un cigoto con dos pronúcleos masculinos (sin genoma materno), se observa el panorama inverso: los órganos extraembrionarios se desarrollan relativamente normal, pero el cuerpo del embrión resulta profundamente defectuoso.
Reprogramación en las células germinales
Para transmitir la impronta correcta a la siguiente generación, existe un mecanismo de reometilación (reprogramación).
En las células somáticas del organismo, la distribución inicial de las marcas paternas y maternas permanece inalterada durante toda la vida. Sin embargo, en las células germinales primordiales (CGP) se produce un restablecimiento global que consta de dos etapas:
- Desmetilación. Se eliminan las marcas de metilación de todos los genes del grupo Impr. Se borra la información tanto de las marcas paternas como de las maternas.
- Metilación de novo. Se establecen marcas completamente nuevas que ahora corresponden estrictamente al sexo genético de dicho individuo. En los espermatocitos, las nuevas marcas se disponen según el patrón masculino y, en los ovocitos, exclusivamente según el femenino.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué órganos extraembrionarios (provisorios) específicos se desarrollan gracias al genoma paterno?
Gracias al genoma paterno (un grupo de aproximadamente 11 genes activos), se desarrolla el complejo de órganos extraembrionarios (provisorios) necesarios para asegurar la embriogénesis. En la embriogénesis humana temprana se forman cuatro estructuras clave:
- Saco vitelino (saccus vitellinus) — un órgano temporal (en regresión).
- Alantoides (allantois) — un órgano temporal que cumple funciones en las primeras semanas de desarrollo.
- Corion — la membrana vellosa permanente.
- Amnios — un órgano permanente que participa en la formación de las membranas fetales.
¿Cómo se denominan los principales genes sujetos a impronta genómica en humanos?
Los genes sujetos a impronta genómica se denotan en las fuentes con el símbolo general Impr. Asimismo, se indica que en el genoma humano se han identificado alrededor de 80 genes con impronta. Entre los genes nombrados específicamente en las fuentes relacionados con la enfermedad por impronta genómica —el síndrome de Beckwith-Wiedemann— se mencionan IGF2 y H19, localizados en la región 11p15.
¿Qué enfermedades genéticas surgen por alteraciones en la impronta genómica?
Ante alteraciones en los genes con impronta —microdeleciones, disomías uniparentales o anomalías en el marcado epigenético, incluidos defectos en la metilación del ADN—, se distinguen las enfermedades por impronta genómica. En las fuentes se citan los siguientes ejemplos:
- Síndrome de Prader-Willi — ante una deleción de la región del cromosoma 15 (q11-q12) heredada del padre.
- Síndrome de Angelman — ante una deleción de esa misma región del cromosoma 15 heredada de la madre.
- Síndrome de Beckwith-Wiedemann — asociado a la región 11p15; entre sus manifestaciones se indican la macroglosia y una mayor predisposición a tumores.
«Papá construye la casa, mamá cría al hijo»: los genes paternos (~11) se encargan de los órganos extraembrionarios (la «casa» para el embrión), mientras que los maternos (~5) se encargan del cuerpo del propio embrión. En las células germinales, los documentos antiguos de la casa se anulan (desmetilación) y se emiten unos nuevos estrictamente según el sexo del propietario.
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué células el estado de metilación permanece inalterado tras la fecundación?
El estado de metilación se conserva de manera estable en todas las células somáticas del nuevo organismo durante toda su vida.
¿Qué le ocurrirá al embrión en ausencia del genoma materno (dos pronúcleos masculinos)?
Los órganos extraembrionarios provisorios se desarrollarán de manera relativamente normal, pero el cuerpo del embrión se formará defectuoso e inviable.
¿En qué etapa de la ontogenia se establece por primera vez la impronta?
La metilación selectiva de los genes del grupo Impr ocurre en la etapa de desarrollo de las células germinales (gametogénesis, meiosis).
¿Para qué se necesita la desmetilación en las células germinales primordiales?
Es necesaria para «reiniciar» la memoria parental anterior y establecer posteriormente nuevas marcas (de novo) correspondientes al sexo del propio individuo.
Qué más repasar sobre el tema
- Topografía y avance pasivo del ovocito II a través de la trompa uterina durante las reorganizaciones moleculares.
- Bases bioquímicas de la metilación selectiva del ADN y mecanismo de supresión de la expresión génica.
- Características de la replicación del ADN en células somáticas: copiado de las marcas de metilación a la nueva cadena.
- Desencadenantes moleculares de la desmetilación y metilación de novo en las células germinales primordiales.
- Morfología de los órganos extraembrionarios que se forman bajo el control del genoma paterno.
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